劉 凡， 錢曉明， 趙寶寶， 錢 幺， 朵永超

(天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387)

中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布是利用雙組分紡絲工藝技術(shù)先將2種高聚物以一定的方式熔融，并從噴絲組件擠壓形成桔瓣型長絲，直接鋪網(wǎng)后通過水刺技術(shù)中高壓水射流對纖維開纖并且使纖維相互纏結(jié)的一種非織造布加工方式[1-2]。與海島型超細(xì)纖維非織造布相比，中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布具有工藝流程短，基本無污染，節(jié)約原料以及抗撕裂耐摩擦性能好等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。經(jīng)水刺開纖后的中空桔瓣型超細(xì)纖維線密度約為0.08 dtex[5]，與真皮中膠原纖維直徑接近，并形成獨(dú)特的三維立體結(jié)構(gòu)。中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布在超纖革領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景：馬興元等[6]從合成革基布的角度，研究了滌綸/錦綸6(PET/PA6)桔瓣型復(fù)合超細(xì)纖維非織造布的微觀結(jié)構(gòu)與性能，發(fā)現(xiàn)合成革基布表面平整，熱穩(wěn)定性較高，可作為合成革基布用于合成革的生產(chǎn)；錢曉明等[7]以PET/PA6中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布為基布，以水性聚氨酯(WPU)膜為聚合物涂層制備超纖革，發(fā)現(xiàn)中空桔瓣型纖維非織造布性能可滿足紡織品合成革用非織造基布的使用要求,但以中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布為基布形成的超纖革由于基布自身存在應(yīng)力，與真皮相比仍存在著手感差、粗糙、整體板硬、翹曲及柔軟性差的問題。

目前對于中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及過濾性能研究較多，如王敏等[8]研究了面密度對雙組分桔瓣型紡粘水刺材料力學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn)，隨面密度增大，力學(xué)性能逐漸提高，而且非織造材料縱橫向力學(xué)性能差異較大，但對于改善中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布較差手感、硬板及柔軟性差的問題很少有研究。目前對于改善織物手感的研究有很多：劉美言[9]使用非離子固體柔軟劑改善了織物的手感，提高了織物柔軟度；王建等[10]通過對夜光涂層織物進(jìn)行柔軟整理發(fā)現(xiàn)，整理后織物手感得到明顯改善。

本文主要研究4種不同的柔軟處理工藝對PET/PA6中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布截面形貌、折痕回復(fù)性、硬挺度、懸垂性、柔軟度以及力學(xué)性能的影響，以期改善中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的性能，為其在超纖革領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原 料

PET/PA6中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布，PET和PA6的體積比為70∶30，面密度為100 g/m2，廊坊中紡新元無紡材料有限公司；陽離子型柔軟劑(烷基季銨鹽柔軟劑)、可溶性有機(jī)硅柔軟劑(聚醚型有機(jī)硅)，天津德凱化工股份有限公司；氫氧化鈉(NaOH)、檸檬酸，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.2 柔軟處理工藝

物理水洗柔軟處理工藝流程：原布(試樣1)→置于柔軟機(jī)前部(轉(zhuǎn)速為400 r/min，處理溫度為100 ℃，時間為30 min)→冷風(fēng)降溫(40 ℃)→甩干；制得試樣2。

烷基季銨鹽柔軟劑柔軟處理工藝流程：原布→配置柔軟劑整理液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)→二浸二軋(軋液率為70%)→烘干(130 ℃)；制得試樣3。

有機(jī)硅柔軟劑柔軟處理工藝流程：原布→配置拒水柔軟劑整理液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)→二浸二軋(軋液率為70%)→烘干(130 ℃)；制得試樣4。

化學(xué)堿減量柔軟處理工藝流程：原布→恒溫恒濕室平衡24 h→稱量→配置NaOH溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%)→電熱恒溫水浴鍋(90 ℃，80 min)蒸煮→配置檸檬酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%)→酸洗→水洗→烘干→稱量；制得試樣5。

1.3 結(jié)構(gòu)表征

采用日本Hitachi公司生產(chǎn)的TM3030型臺式掃描電子顯微鏡，觀察非織造材料的截面形貌。

1.4 性能測試

1.4.1折痕回復(fù)性測試

采用常州市第三紡織儀器廠有限公司生產(chǎn)的YG 541D型全自動數(shù)字式織物折皺彈性儀，根據(jù)GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測定 回復(fù)角法》用垂直法測試非織造布的橫縱向折痕回復(fù)性。試樣回復(fù)翼尺寸為20 mm×15 mm，固定翼尺寸為40 mm×20 mm，試樣形狀如圖1所示，測試環(huán)境溫度為20 ℃，濕度為65%。

圖1 試樣形狀Fig.1 Shape of samples

1.4.2硬挺度測試

根據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測定 第1部分：斜面法》，采用泉州市美邦儀器有限公司生產(chǎn)的YG022D型全自動織物硬挺度儀，測試非織造布的彎曲長度。試樣尺寸為250 mm×25 mm，平臺前緣的斜面與水平臺底面夾角θ為45°。由下式計(jì)算抗彎剛度：

G=mC3×10-3

式中：G為單位寬度的抗彎剛度，mN·cm；m為試樣的單位面積質(zhì)量，g/cm2；C為試樣的彎曲長度，cm。

1.4.3懸垂性測試

根據(jù)GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測定》，采用萊州市電子儀器有限公司生產(chǎn)的YG811 L型織物動態(tài)懸垂性風(fēng)格儀，測試非織造布的懸垂性能，試樣為外圍直徑240 mm、中心直徑4 mm的小圓，分別在10、150 r/min狀態(tài)下測試靜態(tài)懸垂系數(shù)F0和動態(tài)懸垂系數(shù)F1。

1.4.4柔軟度測試

根據(jù)NFG52-033—2012《皮革 物理和機(jī)械試驗(yàn) 柔軟度的測定》，采用東莞市優(yōu)諾儀器有限公司生產(chǎn)的TX013 ST300皮革柔軟度測試儀，測試非織造布的柔軟度。

1.4.5力學(xué)性能測試

采用美國Instron公司生產(chǎn)的5969型萬能強(qiáng)力機(jī)，根據(jù)GB/T 24218. 3—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第3部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》測試非織造布的縱橫向斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。試樣尺寸為30 cm×5 cm，隔距為20 cm，拉伸速度為100 mm/min。

圖3 中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的截面照片(×600)Fig.3 Section images of hollow segmented-pie ultrafine fiber nonwovens(×600).(a) Sample 1; (b) Sample 2; (c) Sample 3; (d) Sample 4; (e) Sample 5

采用美國Instron公司生產(chǎn)的5969 型萬能強(qiáng)力機(jī)，根據(jù)GB/T 3917. 2—2009《紡織品 織物撕破性能 第2部分：褲形試樣(單縫)撕破強(qiáng)力的測定》測試非織造布的縱橫向撕裂強(qiáng)力。試樣尺寸為20 cm×5 cm，隔距為10 cm，拉伸速度為100 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 形貌特征分析

中空桔瓣型超細(xì)纖維的形貌如圖2所示?？芍毫央x前的PET/PA6纖維呈中空桔瓣型，纖維瓣數(shù)為16瓣，直徑約為17.66 μm；中空桔瓣型超細(xì)纖維經(jīng)柔軟處理后部分裂離成扁平狀的桔瓣型纖維，直徑為2～6 μm。

圖2 中空桔瓣型超細(xì)纖維的截面照片(×3 000)Fig.2 Section images of hollow segmented-pie ultrafine fiber(×3 000).(a) Before separation;(b) After separation

中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的形貌如圖3所示?？芍悍强椩觳嫉慕Y(jié)構(gòu)較緊實(shí)，呈立體三維結(jié)構(gòu)，沿縱橫向纖維分布不勻(見圖3(a))；經(jīng)柔軟處理后，部分纖維仍保持完整的中空桔瓣形狀，而部分纖維得到一定程度的開纖,纖維發(fā)生一定程度的重排，非織造布的結(jié)構(gòu)變得較松散。4種不同的柔軟處理工藝對于中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布中纖維的開纖程度是不同的(見圖3(a)～(e))。

開纖程度是評價中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的重要指標(biāo)，通常用開纖率R來表示，計(jì)算公式如下：

式中：n為電鏡照片中未開纖的中空桔瓣型超細(xì)纖維的總根數(shù)；n0為電鏡照片中中空桔瓣型超細(xì)纖維的總根數(shù)。中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的開纖率如下：試樣1為30.23%，試樣2為77.91%，試樣3為80.23%，試樣4為93.02%，試樣5為98.84%?？芍锌战郯晷统?xì)纖維非織造布經(jīng)過4種不同的柔軟處理后開纖率均得到提高。

2.2 折痕回復(fù)性

折痕回復(fù)性反映織物在受到外力作用后發(fā)生塑性彎曲變形后的回復(fù)能力，非織造布經(jīng)柔軟處理后，折痕回復(fù)角如表1所示。可看出：經(jīng)物理水洗、烷基季銨鹽柔軟劑及有機(jī)硅柔軟劑柔軟處理的超細(xì)纖維非織造布急、緩彈回復(fù)角均大于原布；經(jīng)化學(xué)堿減量柔軟處理的非織造布急、緩彈回復(fù)角明顯低于原布。這是因?yàn)榻?jīng)物理水洗柔軟處理后纖維結(jié)構(gòu)變得松散，烷基季銨鹽柔軟劑及有機(jī)硅柔軟劑處理使纖維摩擦系數(shù)變小，非織造布受外力作用后回復(fù)移動阻力減少，因此折痕回復(fù)性增強(qiáng)?；瘜W(xué)堿減量處理使非織造布中PET組分溶去，部分纖維得到開纖，纖維截面由圓形變?yōu)槎嘟切?，纖維直徑變得較細(xì)，纖維間隙增加，纖維間交叉纏繞程度大，纖維間切向滑動阻力增加，當(dāng)外力釋放以后，纖維間難以發(fā)生相對運(yùn)動，因此非織造布折痕回復(fù)角下降明顯。

表1 試樣的折痕回復(fù)性能Tab.1 Crease recovery properties of samples (°)

2.3 抗彎剛度

非織造布的抗彎剛度反映其抵抗彎曲變形的能力，超細(xì)纖維非織造布經(jīng)柔軟處理后，抗彎剛度結(jié)果如表2所示。

表2 試樣的抗彎剛度Tab.2 Bending stiffness of samples (mN·cm)

從表2可看出，經(jīng)柔軟處理后，非織造布的縱橫向抗彎剛度均減小，經(jīng)化學(xué)堿減量處理的非織造布抗彎剛度減小程度最大，縱向抗彎剛度比原布減小了253.68%。不同的柔軟整理均使抗彎剛度下降的原因主要是柔軟處理使非織造布表面變得滑爽，柔軟度提高，柔軟劑的潤滑作用使纖維間摩擦阻力減小，抵抗彎曲變形能力減弱，抗彎剛度下降。

2.4 懸垂性

懸垂性是織物風(fēng)格評價中重要的一部分，懸垂性好的織物可形成優(yōu)美的曲面造型，懸垂性好可帶來好的視覺風(fēng)格及穿著貼身性。中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布經(jīng)柔軟處理后，懸垂性指標(biāo)如表3所示。

表3 試樣的懸垂性能Tab.3 Drape performance of samples %

從表3可看出，懸垂性能的順序?yàn)椋涸?烷基季銨鹽柔軟劑柔軟處理<物理水洗柔軟處理<有機(jī)硅柔軟劑柔軟處理<化學(xué)堿減量柔軟處理。經(jīng)化學(xué)堿減量柔軟處理的非織造布懸垂性能最好，靜態(tài)懸垂系數(shù)為63.90%，動態(tài)懸垂系數(shù)為82.47%。柔軟處理后中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布懸垂性能變優(yōu)良的主要原因是柔軟處理使部分纖維得到開纖，纖維直徑變得較細(xì)，纖維間距增大，纖維活動空間增大，結(jié)構(gòu)變得疏松，并且柔軟處理后纖維摩擦因數(shù)減小，剛性小，使非織造布的剪切剛度變小。

2.5 柔軟度

中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布經(jīng)柔軟處理后：試樣1為3.49 mm，試樣2為5.13 mm，試樣3為4.05 mm，試樣4為5.21 mm，試樣5為6.76 mm?？芍煌娜彳浱幚矸椒▽Ψ强椩觳既彳浂鹊奶岣叱潭炔煌?。其中，經(jīng)化學(xué)堿減量柔軟處理的非織造布柔軟度最大，為6.76 mm，比未經(jīng)處理的非織造布提高了93.70%，這是由于經(jīng)化學(xué)堿減量柔軟處理的中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布纖維開纖程度較明顯，纖維直徑較細(xì)，結(jié)構(gòu)較松散，纖維間空隙最大，因此經(jīng)化學(xué)堿減量柔軟處理的非織造布抗彎剛度最小。非織造布經(jīng)柔軟處理后表面變得柔軟、滑爽，纖維束變得松散并發(fā)生一定程度的重排，纖維之間的摩擦阻力降低，增強(qiáng)了纖維束的相對滑動，消除了加工中的部分應(yīng)力，因此經(jīng)物理水洗、烷基季銨鹽柔軟劑及有機(jī)硅柔軟劑柔軟處理后非織造布柔軟度均得到了提高。

2.6 力學(xué)性能

中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布的力學(xué)性能如表4所示?？煽闯觯?)原布和經(jīng)柔軟處理的非織造布橫縱向斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率均有差距，橫縱向力學(xué)性能不均勻，縱向斷裂強(qiáng)力高于橫向。這主要與縱橫向纖維分布有關(guān)，沿縱向分布的纖維多于橫向分布的，沿縱向拉伸時纖維之間相互擠壓，形成束狀，纖維大部分?jǐn)嗔眩貦M向拉伸時纖維大部分發(fā)生滑移，因此橫向斷裂強(qiáng)力低，斷裂伸長率較大；2)經(jīng)柔軟處理后，非織造布橫縱向強(qiáng)力均降低。主要原因是超細(xì)纖維非織造布經(jīng)柔軟處理后，纖維得到進(jìn)一步開纖，纖維直徑變得較細(xì)，纖維間隙增大，纖維間摩擦力減小，結(jié)構(gòu)變得松散?；瘜W(xué)堿減量處理后PET被溶解，纖維明顯變細(xì)，纖維結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)力下降明顯；3)非織造布的橫向撕裂強(qiáng)力高于縱向。這是因?yàn)闄M向撕裂時受拉系統(tǒng)的纖維為縱向，縱向纖維分布多，纖維大部分?jǐn)嗔眩乜v向撕裂時纖維大部分發(fā)生滑移，因此橫向撕裂強(qiáng)力較大。經(jīng)物理水洗柔軟處理、烷基季銨鹽柔軟劑柔軟處理、有機(jī)硅柔軟劑柔軟處理后，撕裂強(qiáng)力都有所增加，與文獻(xiàn)[11]得到的結(jié)論一致，主要原因是經(jīng)柔軟處理后纖維間摩擦因數(shù)降低，基布受外力時纖維便于滑動，外力部分轉(zhuǎn)移至與其相連的其他纖維上，增大受力面積，共同承擔(dān)應(yīng)力，從而使應(yīng)力分散，形成纖維間的力學(xué)補(bǔ)充。化學(xué)堿減量處理的非織造布PET被溶去，纖維直徑變得較細(xì)，撕裂強(qiáng)力下降明顯。

表4 試樣的力學(xué)性能Tab.4 Mechanical properties of samples

3 結(jié) 論

1)未經(jīng)柔軟處理的PET/PA6中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布結(jié)構(gòu)比較緊實(shí)，呈立體三維結(jié)構(gòu)，受外力作用不易發(fā)生形變，沿經(jīng)緯向纖維分布不勻；經(jīng)柔軟處理后，部分纖維仍保持完整的中空桔瓣形狀，部分纖維得到一定程度的開纖,纖維截面由圓形變?yōu)槎嘟切?，纖維直徑變得較細(xì),纖維發(fā)生一定程度的重排，非織造布的結(jié)構(gòu)變得較松散。

2)PET/PA6中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布經(jīng)4種不同的柔軟工藝處理后，柔軟性能均得到提高，其中化學(xué)堿減量柔軟處理提高效果最顯著；拉伸性能均有下降；經(jīng)不同的柔軟處理撕裂性能發(fā)生不同的變化，其中有機(jī)硅柔軟劑柔軟處理撕裂強(qiáng)力提高最多。

3)對比經(jīng)4種不同的柔軟工藝處理的PET/PA6中空桔瓣型非織造布的性能，經(jīng)有機(jī)硅柔軟劑處理的PET/PA6中空桔瓣型超細(xì)纖維非織造布綜合性能最優(yōu)異，各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB/T 24248—2009《紡織品 合成革用非織造基布》中超細(xì)纖維合成革用非織造基布C類的要求。

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